云计算之虚拟化技术的探究_云平台的性能、功能竞争力深度依赖底层host os

虚拟化技术

虚拟化技术在云计算技术发展和应用中所发挥的作用体现

为云数据中心为管理员带来的高效、便捷的管理体验；

提高数据中心的资源利用率

减少能源消耗

1、虚拟化技术概述

IaaS直接应用虚拟化技术。虚拟化技术在分布式计算，并行计算，高性能计算、网格计算、云计算中得到很好的应用。商业优势：

降低IT成本

增强了系统安全性和可靠性

1）、定义：

通常虚拟化是指计算组间-虚拟，的。基础上而不是真实的基础上运行。

虚拟化是一组类似资源提供一个通用的抽象接口集，从而隐藏属性和操作之间的差异，并允许通过一种通用的方式来查看并维护资源。

虚拟化技术是一种调配计算资源的方法，它将应用系统的不同层面-----硬件、软件、数据、网络、存储等分割开来，从而打破数据中心、服务器、存储、网络、数据和应用中的物理设备之间的划分，实现架构动态化，并达到集中管理和动态使用物理资源及虚拟资源，以提高系统结构的弹性和灵活性，降低成本、改进服务、减少管理风险等目的

例如：

CPU的虚拟化技术可以使单CPU模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个操作系统；

物理内存的虚拟化使得应用程序认为其自身拥有连续的地址空间。而实际，应用程序的代码和数据在内存中可被分隔多个不连续页或段，甚至被交换到磁盘、闪存等外部存储器上，即使物理内存不足，应用程序也能n顺序执行。

虚拟化值得注意的要点

虚拟化的对象是各种各样的资源，可以是各种硬件资源，如CPU、内存、存储、网络，也可以是各种软件环境，如操作系统，文件系统，应用程序等

经过虚拟化的逻辑资源对用户隐藏了不必要的细节。

用户可以在虚拟化环境中实现其在真实环境中的部分或全部功能。

2）、虚拟化技术有关术语

虚拟机（Virtual Machine）

通过使用控制程序（虚拟机监视器或虚拟化平台），隐藏特定计算平台的实际物理特性，为用户提供抽象的，统一的、模拟的计算环境。

虚拟机监视器（Virtual Machine Monitor VMM）

它是运行在主机操作系统上的虚拟化管理软件，用于创建、管理虚拟机，包括对虚拟机运行过程的监管，以保证虚拟机的正常运行。

具备性能

资源控制：虚拟机监视器能够管理所有的系统资源。

等价性能：在虚拟机监视器管理下的程序的运行应当与在实际物理机上保持一致，他们之间的差异对用户和虚拟机监视器以外的程序完全透明。

效率性能：绝大多数的客户机指令应该由主机硬件直接执行而无需控制程序的参与。

虚拟化平台（Hypervisor）

虚拟化平台负责虚拟机的托管和管理，与虚拟机监视器不同是她直接运行在硬件之上。其在虚拟机和底层硬件之间建立一个抽象层，提供指令和设备接口。虚拟化平台可以捕获CPU指令，为指令访问硬件控制器和外设充当中介。

客户机操作系统（Guest OS）

虚拟机上运行的操作系统被称为客户机操作系统或客户操作系统。客户机操作系统很多情况下是由虚拟机监视器

主机操作系统（Host OS）

主机系统（Host System）

3）、虚拟化产品介绍

VMware主要产品

VMware Workstation:常用单机的虚拟化系统中

Vmware ESX Server :在通用环境下分区和整合系统的虚拟化主机软件

Vmware Virtual Center ：2003

 Vmware vSohere 5.0 :    2010

Citrix 公司的主要虚拟化产品

Citrix XenServer基于开源Xen  Hypervisor开发的免费服务虚拟机监视器。具有卓越的开放型架构与存储集成性。并针对Windows、Linux虚拟服务器进行优化，所含的整套虚拟化工具可实现虚拟数据中心的集成管理和自动化。

Microsoft公司的主要虚拟化产品

Virtual PC、Virtual Server、Hyper-V是其代表性产品。

2007年首推产品Hyper-V：形成了服务器虚拟化、应用虚拟化等完整的产品线。

4）、虚拟化技术优势

降低运营成本：虚拟化技术使得系统管理员摆脱了大量繁重的与物理服务器、操作系统、中间件及兼容性问题打交道管理工作，更加专注于应用的管理。服务器虚拟化厂商都提供了虚拟化环境管理工具，降低管理员人工干预的频率，提供简便强大的管理界面。

提高应用兼容性：企业大量应用运行在各种互不兼容的环境中。开发应用运行需考虑硬件平台、操作系统、中间件等各个级别，各种互不兼容的应用大大增加了管理、维护和整合的难度；虚拟化技术提供的封装和隔离特性使得应用所在的平台与底层服务器环境隔离，管理员不在需要关注底层环境的变化。

加快应用部署速度

通常部署一个应用需要以下几个步骤：寻找合适的物理机，安装操作系统，安装中间件、安装应用、配置、测试、运行。需要部署人员全程跟踪部署进度，执行下一步操作，该部署方式易出错。

运用虚拟化技术后，部署一个应用其实就是部署一个分装好的操作系统和应用程序的虚拟机，只需以下步骤：输入激活配置参数、拷贝虚拟机、启动虚拟机，激活（配置）虚拟机。相对传统的应用不需人工干预、缩短了部署时间，降低部署成本。

提高服务可行性：

服务可用性是指服务能够持续、可靠地运行的能力。即便是发生系统故障或硬件失效，服务可在较短时间内恢复。

传统的数据中心为了保证服务的可用性，需要采用一定的措施，如多机备份，冗余等技术，并通过额外的可用性管理工具来监控、调度和管理服务。

在采用虚拟化的数据中心里，由于虚拟机是单个的逻辑文件，并且对应的处理器和内存资源都被虚拟机管理程序封装和隔离，因此用户可以虚拟机方便的对运行中的虚拟机快照并备份成镜像文件。在需要的时候动态迁移虚拟机，将它恢复到某个备份，或者在其他物理机上运行该备份，因此，用户可以得到更高的服务可用性。

提升资源利用率：

调查研究报告，传统企业数据中心中，处于管理简便、安全性和性能的考虑，绝大多数服务器上都只运行一个应用，导致服务器的CPU利用率普遍偏低。

使用虚拟化技术，管理员可以按照具体用户需求，将原有的多台服务器整合到一台物理服务器上，提高物理服务器的使用率。同时通过虚拟化技术提供的隔离性，分装性，保证原有服务仍可用，其安全性，性能不会受到影响。据分析，通过对服务器进行虚拟化整合，使得CPU、内存、存储和网络利用率大幅度提高。

动态调度资源：虚拟化技术的重要功能之一是动态迁移。目前各主流虚拟化管理平台都提供了动态迁移功能。动态迁移可以在不中断服务的情况下将虚拟机从一台物理服务器迁移到另一台物理服务器。对于管理员来说，在数据中心看到的不再是一台台隔离的物理设备，而是统一的资源池，管理着大量CPU、内存、存储空间、网络资源。有了动态迁移技术，每台虚拟机可以在池内自由移动。同时，管理员可以根据用户的需求，即时地调整虚拟机的资源，且不需像传统的那样在物理服务器上关闭服务，打开机箱安装设备，再重启系统。云计算管理平台产品为数据中心管理员提供简便的操作界面，使数据中心管理员可灵活地根据虚拟机内部的资源使用情况灵活调整分配给虚拟机的资源。

降低能源消耗：

基于虚拟化技术的云数据中心将应用于物理服务器进行解耦。负载低谷时，可运行各服务器上应用整合到较少的服务器上，方便关闭空闲的物理服务器，减少能耗，达到绿色节能的目的。

5）、虚拟化分类及关键特征

虚拟化技术的分类：（根据虚拟化技术实现功能及作用进行分类）

平台虚拟化（Plaform Virtualization）：主要针对计算机和操作系统的虚拟化所采用的技术。

资源虚拟化（Resource Virtualization）：主要是采用虚拟化的技术，将其各类资源如计算、存储，网络、软件资源等虚拟化为用户共享的资源池，用户使用不必关心具体细节。

虚拟化技术的关键特征：

兼容性

隔离性

封装性

性能影响可控性：由于在虚拟机和硬件之间增加了一个虚拟爱护抽象层，因而增加了虚拟抽象层处理过程的性能损耗，包括内存和CPU等资源开销。所以在虚拟机上的系统运行中与直接在物理机上运行的系统相比性能会有一定的影响。需控制在用户可承受的范围之内。

6）、虚拟化技术应用

应用于网格计算：

网格计算（Grid Computing）是一种分布式计算模式。网格计算技术将网络中异地的多个资源虚拟化为一个强大的资源，并形成一个整合系统，为用户提供功能强大的计算及存储能力来处理特定的任务。对于使用网格的最终用户或应用程序来说，网格看起来就像一个拥有超强能力的虚拟计算机。

网格计算本质：以高效的方式来管理各种加入了该分布式系统的异构松藕合源，并通过任务调度来协调这些资源以合作完成一项特定的计算任务。可见，网格计算着重于管理通过网格连接起来的异构资源，并保证这些资源能够充分为计算任务服务。显然网格计算采用的虚拟化技术是将资源池中的多个资源虚拟成一个更强、更大的资源以满足用户在其上执行复杂计算任务的需求。这是一种“多变一”的虚拟化技术。类似分布式计算、并行处理高性能计算均用到了这种多台服务器虚拟化成一台虚拟机的“多变一”的虚拟化技术。具体系统架构：
 

屏幕剪辑的捕获时间: 2016-02-28 16:41

 

应用于云计算：

云计算是为了充分利用高性能的资源，而将其虚拟化为多个低性能的资源以便为多个用户使用。即可将一个高性能的物理机，通过虚拟化软件对其CPU，内存，外存等的配置，将其虚拟化为多个虚拟机；或将一个高性能的存储设备，通过虚拟化软件将其划分为可供多个虚拟机使用的外存设备等。与网格计算所采用的虚拟化技术不同，在云计算中，每个虚拟机配置的资源只能来自于一个物理机中，即任意一个虚拟机的资源不能大于所依赖的物理机的资源。用户看到的是一个逻辑上单一的整体。显然，此虚拟化技术是一个资源虚拟为更小的多个资源。通常称其为“一变多”的虚拟化技术。

上述两类虚拟化技术在资源的所属关系上存在着较大差异，在网格计算中是多个物理资源为单个任务提供运行环境，而在云计算中是单个物理资源为多个用户提供服务。具体系统架构：

 

 

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应用于一机多系统

目前大家接触最多的是系统虚拟化，即用户通过虚拟化技术，将一台物理机虚拟出多台虚拟机，具体系统架构图。

 

 

 

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